Física II Bicultural UVM Abril 11 2011

Resonancia

La Resonancia es a un fenómeno común que es común a casi todas las ramas de la física, y aun así es poco estudiado por muchos bachilleres.

Sin la resonancia no habría TV, radio, música o columpios, claro que la resonancia tiene su lado negativo, como lo demuestra la historia del Puente Tacoma Narrows, el puente Millenium en Londres, la torre central (Mittelturm) Königs Wusterhausen (243 m, se derrumbó en 1970) o los helicópteros que en pleno vuelo se hacen pedazos, a diferencia de los agujeros negros, el viaje temporal y la mecánica cuántica, la resonancia está en todas partes y es fácil de observar.

Evitar un desastre por resonancia es un aspecto fundamental en el diseño de cualquier Puente, torre o edificio.

La resonancia fue reconocida por Galileo Galilei durante sus investigaciones sobre péndulos y cuerdas musicales que comenzaron en 1602, sin embargo el título de amo de la resonancia le pertenece a otro, al también llamado inventor del futuro: Tesla.

Nikola Tesla es el origen del estereotipo del científico loco, su laboratorio en Manhattan era un lugar misterioso con arcos eléctricos que zumbaban, y desarrollos bizarros por todas partes.

Todo era un inocente experimento, Tesla había atado un pequeño vibrador a una columna de hierro en su laboratorio neoyorquino y la puso a vibrar, a ciertas frecuencias específicas, el equipo en la habitación se agitaba, si cambiaba la frecuencia, la agitación se trasladaba a

otra parte de la habitación, lamentablemente no había tomado en cuenta que la columna llegaba hasta los cimientos de su edificio, sus vibraciones se transmitían por todo Manhattan.

La primera señal de problema para Tesla fue cuando el piso y las paredes comenzaron a ondular, interrumpió el experimento justo en el momento en que la policía derrumbaba la puerta, al parecer había provocado un sismo en miniatura en el barrio, rompiendo ventanas, agitando edificios y lanzando a sus aterrados vecinos a las calles, la policía ya estaba acostumbrada a responder a las quejas de sus vecinos sobre las poco usuales actividades de Tesla.

Si bien, como ya se mencionó, Tesla no fue el primero es descubrir la resonancia, se obsesiono con ella y creo algunas de las demostraciones más efectivas de la misma, estudio sus variantes mecánicas y

eléctricas, en el camino provoco el terremoto miniatura, muchas tormentas eléctricas artificiales, saco de funcionamiento un planta de transformación eléctrica en Colorado y por poco ocasiona el colapso de la estructura metálica de un rascacielos en construcción. Tesla se percató que los fundamentos de la resonancia podían usarse para enviar y recibir mensajes de radio mucho antes que Marconi, y de hecho hoy en día algunas fuentes le acreditan a él la invención de la radio, no a Gugliemo.

Se ha observado que un sistema tal como el de una cuerda tensa es capaz de oscilar en uno o más modos naturales de vibración.

“Si se aplica una fuerza periódica a tal sistema, la amplitud del movimiento resultante del sistema será mayor cuando la frecuencia de la fuerza aplicada es de un valor igual o muy cercano a la

frecuencia natural del sistema que cuando la fuerza aplicada tenga otra frecuencia”

A estas frecuencias, incluso pequeñas fuerzas periódicas pueden provocar oscilaciones de gran amplitud, debido a que el sistema almacena energía vibracional.

Este fenómeno es lo que se conoce como resonancia.

Las correspondientes frecuencias naturales de oscilación de un sistema por lo general se conocen como frecuencias resonantes.

El fenómeno de la resonancia es de gran importancia en la producción de sonidos musicales. En el nivel atómico, los electrones y los núcleos de los átomos presentan un comportamiento de resonancia cuando se exponen a ciertas frecuencias de radiación electromagnética y a campos magnéticos.

Para que se presente la resonancia se requieren tres elementos:

a) Un objeto con frecuencia natural , ya sea un mecanismo o un sistema electrónico. La frecuencia natural de un objeto es la frecuencia con la que tiene a oscilar cuando se le perturba, un objeto puede tener más de una frecuencia natural, es a lo que se llama armónicos.

b) Una función de fuerza con la misma frecuencia que la frecuencia natural , en un sistema mecánico una fuerza variable, en un sistema electrónico es un campo eléctrico variable, en cualquier caso, la fuerza trabaja sobre el sistema, ya que el trabajo es una forma de transferencia de energía esto provoca que se almacene energía en le objeto.

c) Ausencia de pérdida de energía o amortiguamiento: Para que un objeto resuene, la energía mecánica o eléctrica tiene que acumularse, cualquier cosa que la disipe es un obstáculo para la resonancia.

Las frecuencias naturales de vibración se pueden encontrar con:

f n=nvλ

Con n= 1,2,3…..

V es la rapidez del sonido en el aire

En un tubo abierto λ=2L, en un tubo cerrado λ=4L